|
|
Sök på 24volt.eu
|
|
Besökare/Visitors
online: 6
|
|
Vattenhjulets vridmoment, effekt och verkningsgrad
|
För att kunna mäta vattenhjulets vridmoment och beräkna effekt och verkningsgrad, samt förluster i
kilremsväxeln, behövs en momentarm för dessa tester.
Genom att använda en 1,1 meter lång arm (längden på just min momentarm) med en fjädervåg längst ut (ej den på
bilden), kan vattenhjulets vridande moment mätas. Hjulet bromsas genom att skruvar dras åt så att armen nyper
runt vattenhjulets axel. Mellan hjulets axel och bromsarmen sitter bromsbackar gjorda av trä.
Utan belastning snurrar hjulet med 37 rpm, så jag börjar med är att dra åt skruven tills vågen visar 0,5 kg och
därefter mäter jag hjulets varvtal vid denna belastning. Detta upprepas i steg om 0,5 kg tills hjulet
helst stoppats.
Eftersom momentarmen sitter horisontellt placerad och vågen är fäst i 90 graders vinkel i förhållande till den,
kan vridmomentet τ (Tau) förenklat beräknas med formeln:
τ = F x r
F = m x g (uppmätt vikt i kg x 9,81) Kraften (F) anges i Newton och momentarmens längd (lägesvektorn, r) i meter,
vilket ger vridmomentet i Newtonmeter (Nm). Lägesvektorn är helt enkelt avståndet mellan hjulaxelns centrum
och vågen. Är vinkeln 90° mellan momentarm och våg, så som på bilden, blir armens längd från hjulaxelns centrum
till fästpunkten för vågen = lägesvektorn.
Vid min första mätning fick jag följande resultat när hjulet bromsades tills vågen visade 0,5 kg:
τ = 0,5 x 9,81 x 1,1
τ = 5,4 Nm
Axeleffekten kan därefter beräknas enligt följande formel där n är vattenhjulets varvtal/sekund.
P = τ x n x 2 x pi
Vid 32 rpm, det varvtal när hjulet bromsats 0,5 kg enligt vågen, får jag följande resultat:
P = 5,4 x (32/60) x 2 x 3,14
P = 18 watt
När vridmoment och axeleffekt är beräknade vid alla varvtal kan en kurva ritas upp. Vid något bakåtvinklade skovlar
fick kurvorna följande utseende enligt de mätningar jag gjorde. Flödet vid mättillfället var 56 liter/sekund och
fallhöjden 25 centimeter. Tyvärr hade tre av skovlarna brutits sönder vid sina fästpunkter, så resultatet blev en
aning missvisande. Inte heller hade jag tagit hänsyn till armen och vågens vikt, vilket ger ett något sämre
resultat.
Som man ser eftersträvar kurvan för vridmoment av att vara linjär. Hade vågen varit tillförlitlig och
bromsbackarna (som var gjorda av trä) hållit för påfrestningarna, hade mätningarna blivit mer exakta och
momentkurvan hade förmodligen varit helt linjär. Ett vridmoment uppstår alltså omedelbart när hjulet bromsas och
når sitt max när hjulet stannar.
Av effektkurvan ser man att högsta effekt uppnås vid 50 procent av hjulets maximala varvtal.
Ett hjul med dubbelt så stort diameter skulle ge dubbelt så högt vridmoment, men effekten blir oförändrad eftersom
hjulets varvtal samtidigt halveras. Hjulets diameter bör alltså anpassas till fallhöjden och dess bredd till
flödet.
Hade mätningarna varit helt exakta hade kurvorna för effekt och vridmoment förmodligen sett ut så här istället.
Man ser då att det egentligen räcker med en enda kraftmätning och det är att bromsa hjulet tills det
nästan stannar. Den andra mätpunkten är noll och den har vi vid hjulets obelastade maxhastighet. Drar man ett
rakt streck mellan dessa båda punkter får man hjulets vridmoment vid olika varvtal.
Se även Vridmoment och effekt, där det också finns kalkylatorer till
hjälp vid beräkningar.
|
|
|
|
Svenska
English
